[論文レビュー] Spin orbit torque in disordered antiferromagnets

Hamed Ben Mohamed Saidaoui, Aurélien Manchon|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2016

Magnetic properties of thin films被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、タイトバインディングモデルを用いて、ラシュバスピン軌道結合を有する不規則な反強磁性系におけるスピン軌道トーキューの線形応答理論および非平衡グリーン関数を用いて調査する。非バンド内寄与がスピン密度のスタグマテッド状態を生成し、反強磁性秩序パラメータに対して頑健なトーキューを生じることを示し、そのトーキューは不規則性に対して依然として耐性を示す。これは反強磁性スピンバルブとは異なり、界面スピン軌道結合が反強磁性体の電気的制御に有効な道筋を提供することを示している。

ABSTRACT

We investigate the current-induced spin-orbit torque in antiferromangnetic materials in the presence of Rashba spin orbit coupling using both the linear response theory and the non-equilibrium Green's function technique implemented on a tight-binding model. We show that a staggered spin density arises from interband contributions. The effect of the disorder is restricted to the diminution of the torque magnitude and does not bring any anomalous behavior to the dependences of the torque on the spin orbit strength and the exchange interaction between the antiferromagnetic local moments and the itinerant electrons spins. We prove that the spin orbit torque is robust against the application of the disorder compared to the case of the antiferromagnetic spin-valve spin transfer torque.

研究の動機と目的

• ラシュバスピン軌道結合を有する反強磁性系における不規則性下でのスピン軌道トーキューの頑健性を調査すること。
• スタグマテッドスピン密度およびトーキューを生成する非バンド内およびバンド内寄与の役割を明確にすること。
• 反強磁性体におけるスピン軌道トーキューと反強磁性スピンバルブにおけるスピン軌道トーキューの不規則性感受性を比較すること。
• 不規則領域におけるスピン軌道強度および交換相互作用のトーキューへの依存性を評価すること。

提案手法

• 2次元電子系に反強磁性秩序を有するタイトバインディングモデルを用い、線形応答理論および非平衡グリーン関数法を適用する。
• 強度αを有するラシュバスピン軌道結合項を用いて、スピン軌道トーキュー成分（面内および面外）を計算する。
• 自己エネルギー法を用いて不規則性を導入し、幅パラメータΓ = 1 eVを用いることで、平均自由行程約20原子サイトに相当する。
• スピン軌道強度αおよび交換相互作用J_exの関数としてトーキューを数値的にシミュレートする。
• 不規則性の影響を評価するために、トーキューの値をバッターカル（不規則性なし）の極限値で正規化する。
• トルク効率の相対的頑健性を評価するために、フェルミ磁性ラシュバ系との比較を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 不規則性は、ラシュバスピン軌道結合を有する反強磁性系におけるスピン軌道トーキューの大きさおよび関数的依存性にどのように影響するか？
• RQ2 非バンド内およびバンド内プロセスのうち、スタグマテッドスピン密度およびトーキュー生成に寄与する相対的寄与は何か？
• RQ3 反強磁性スピンバルブにおけるスピン軌道トーキューと比較して、反強磁性系におけるスピン軌道トーキューの不規則性耐性はいかがなっているか？
• RQ4 不規則性が存在する状況下で、スピン軌道強度αおよび交換相互作用J_exに対するトルクの定量的依存性は何か？
• RQ5 不規則性下で、反強磁性系におけるトルク効率（単位電導度あたりのトルク）は、フェルミ磁性ラシュバ系よりも頑健であるか？

主な発見

• 非バンド内寄与がスタグマテッドスピン密度を生成し、これにより反強磁性秩序パラメータに対する有効なトルクが可能となる。一方、バンド内寄与は僅かな面内トルクしか生成しない。
• 面外（OP）成分のトルクは、スピン軌道強度αの非線形的増加を示し、α ≈ 0.3 eV·aでピークに達した後、減少する。
• 強い不規則性（Γ = 1 eV）下では、トルクの大きさがバッターカル値のおよそ25％にまで低下するが、これは顕著ではあるが、崩壊的ではない。
• トルク効率（トルク／電導度）は、反強磁性系においてはフェルミ磁性ラシュバ系よりも不規則性に対して感受性が低い。
• 交換相互作用J_exに対するトルクの依存性は非単調的であり、約1.25 eVまで増加し、その後減少する。これはバンドギャップの開きと電導度の低下と整合的である。
• スピン軌道トーキューは不規則性に対して頑健であるが、反強磁性スピンバルブにおけるスピン軌道トーキューとは異なり、運動量散乱に対して非常に感受性を示す。